马秀花

【摘 要】以壳体为研究对象，通过分析计算壳体的成形工艺，设计出壳体冷挤压成形的模具。应用Deform-3D塑性成形软件进行冷挤压工艺模拟，验证了设计工艺和模具的正确性，并分析了工件在挤压过程中的挤压力变化和金属流动规律，为壳体零件挤压成形奠定基础。

【关键词】壳体;冷挤压;DEFORM-3D

中图分类号： TG376.3 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）03-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.018

Cold extrusion process analysis of the shell based on Deform-3D

MA Xiu-hua

（Yangtze University College of Technology & Engineering， Jingzhou Hubei 434020， China）

【Abstract】Taking the shell as the research object， the die for cold extrusion forming of the shell was designed by analyzing and calculating the forming process of the shell. Deform-3D plastic forming software was used to simulate the cold extrusion process. The correctness of the design process and die was verified. The extrusion force change and metal flow rule during the extrusion process were analyzed， which laid the foundation for shell parts extrusion forming.

【Key words】Shell; Cold extrusion; DEFORM-3D

0 前言

金属挤压成型是一种少无切削技术，利用模具的压力使模腔内的金属毛坯产生塑性流动（变形），获得所需形状的挤压件[1]。冷挤压成形过程中金属与模具之间存在很大的摩擦力，造成金属变形大，应力分布不均匀，内圆弧处极易出现折叠现象在实践中靠经验去优化模具的效率低，精度无法保证[2-3]。本文以如图1所示的壳体为研究对象，采用挤压成型技术对该壳体进行加工。通过Deform-3D有限元分析软件进行冷挤压的仿真和分析，为实际冷挤压模具设计和挤压工艺优化奠定基础。

1 复杂壳体成形过程的有限元仿真

Deform-3D软件是在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析。几何模型的生成可以在SolidWorks等三维建模软件中实现，再通过CAD数据转换接口输出为STL文件格式，然后导入到DEFORM-3D中进行分析。由于结构的轴对称性，在挤压过程中模具的受力分布也是轴对称的，为了节省计算时间，本文取模型的1/4进行模拟，如图2-5所示。

1.1 基本参数设定

挤压材料为10钢，泊松比v=0.3，密度ρ=7.8×103kg/m3，设为弹塑性体;模具材料选取AISI-H-13，为刚性体;凸模不计回弹，模拟步数设为60步，每1步保存一次。

在进行求解前，模型需根据实际施加足够的约束条件，其中边界条件的设定包括对称边界、运动边界、表面干涉等问题。本文模型的对称边界面是（1，0，0）和（0，1，0），凸模作为动模，工作速度取200～380mm/sec。凹模和凸模与挤压材料以及凹模与挤压材料表面间的摩擦系数取0.15。

1.2 冷挤压成形的模拟分析

挤压过程取4、8、13、15步可得如图6所示的工件应力图。可以看到在形成倒角的处应力开始变大，在形成筒壁的过程中应力较为平稳。这是因为在形成拐角处，金属的流动情况更为复杂，变形较为剧烈，导致应力相对集中。取第4、8、13、15步作为参考，观察在全过程中的金属流动速度情况如图7所示。

2 总结

通过分析计算壳体的成形工艺，设计出复杂壳体冷挤压成形的模具，并应用Deform-3D塑性成形软件进行冷挤压工艺模拟，验证了设计工艺和模具的正确性，并分析了工件在挤压过程中等效应力和金属流动规律，以及在挤压过程中挤压力的变化。

【参考文獻】

[1]张水忠，挤压工艺及模具设计[M].北京：化学工业出版社，2009.2

[2]魏亨，强颖怀，蔡席成，任志国.基于DEFORM-3D的上座圈冷挤压工艺优化[J].热加工工艺，2017，46（05）：146-150.

[3]杨立权，吕青青，赵磊，黄裕飞.基于DEFORM-3D的衬套冷挤压成形优化分析[J].热加工工艺，2011，40（23）：123-125.